Експериментальні дослідження нових способів з’єднання легких сталевих тонкостінних конструкцій

 

 

 

У роботі представлені нові варіанти з’єднань легких сталевих тонкостінних конструкцій, приведені результати експериментальних досліджень нових з’єднань та проведено їх порівняння.

В работе представлены новые варианты соединений легких стальных тонкостенных конструкций, приведены результаты экспериментальных исследований новых соединений и проведено их сравнение.

The paper represents new variants of connections of light steel thin-walled structures, the results of experimental researches and their comparison.

 

Ключові слова:

З’єднання, фальц.

Соединения, фальц.

Connections, fold.

Постановка проблеми у загальному вигляді. Легкі сталеві тонкостінні конструкції (ЛСТК) широко використовуються в будівельній індустрії, в якості несучих та огороджувальних конструкцій. Робота таких конструкцій досліджена неповністю, також неповно досліджено проблему з’єднання стиків таких конструкцій

Аналіз останніх досліджень та виділення не розв’язаних раніше частин загальної проблеми. При монтажі таких конструкцій з холодногнутих та холоднокатаних профілів з оцинкованої сталі товщиною 0. 5-2мм, як правило з’єднання виконують за допомогою самосвердлильних, самонірізних гвинтів та витяжних заклепок [1]. Питанням розрахунку, та роботи з’єднань ЛСТК займались дослідники різних країн Катранов І. Г., Кунін Ю. С. [2], Айрумян Е. Л. (Росія), W. Yu [4], LaBoube R. A. [5] (США), Schuster R. M. [6] (Канада). У Фінляндії Makleinen P., J. Kosti, H. Pastemak [3] запропоновали спосіб з’єднання типу «Rosette-joint» сутність його полягає в прес-з’єднанні двох елементів між собою. Також дослідження з’єднань ЛСТК проводились у Канаді та інших країнах світу.

Метою даної статті є пропозиція нових варіантів з’єднань ЛСТК з холодноформованих оцинкованих профілів без використання кріпильних елементів (болтів, заклепок, самонарізних та самосвердлячих гвинтів), які реалізуються шляхом виконання отвору та закріплення відігнутих кромок, утворених унаслідок виконання отвору.

Виклад основного матеріалу. Для вирішення поставленої задачі були запропоновані наступні види з’єднань: «Х-подібні» з різними варіантами відгинання кромок, та «Н-подібні» з кромками та подвійним фальцем на кромках. Даний тип з’єднань є аналогом фінського з’єднання «Rosette-joint».

Розглянемо деталі для Х-подібного та Н-подібного способу з’єднань. Для випробувань були виготовлені зразки, які складались з пластин розміром 150х40мм, в яких прорізався Х-подібний отвір розміром 20х20 мм товщиною 1 мм, або Н-подібний отвір розміром 20х20 мм товщино 1мм, центр якого знаходиться на відстані 40 мм від краю елемента вздовж дії сили, та на 20 мм впоперек дії сили. Схеми деталей для Х-подібного та Н-подібного з'єднань зображені відповідно на рис. 1 та рис. 2.

Перший варіант Х-подібного з’єднання представлений на рис. 3 (умовно позначений Х-1). Виконується за допомогою прорізання Х-подібного отвору в тілі елементу, після чого два елементи сполучають між собою через прорізані отвори, а кромки у вигляді трикутника, що утворилися після Х-подібного прорізу, притискають два краї уверх на лицьову сторону з’єднання і два краї униз на тильну сторону з’єднання, а потім їх загинають. Можливо також спочатку відігнути кромки під кутом 45°, але кромки повинні співпадати за напрямком у залежності від роботи з’єднання (стиск-розтяг), скласти два конструктивних елемента, а потім загнути їх. У залежності від роботи з’єднання залежить напрямок загинання трикутних кромок. Робота з’єднання відбувається за рахунок спирання конструктивних кромок на несучі. У даному виді з’єднання працюють усі несучі (на які спираються конструктивні) кромки. Конструктивні кромки не приймають участі в роботі їх можна відрізати, але тоді за рахунок гострої частини деталі, яка спирається на несучу кромку, може знизитись несуча здатність з’єднання.

 

Рис. 1. Схема деталі для зразка для Х-подібного з’єднання

 

Рис. 2. Схема деталі для зразка для Н-подібного з’єднання

 

До переваг відноситься те, що дане з’єднання виготовляється без використання кріпильних елементів, а в місці з’єднання виконується ромбовидний отвір, за допомогою якого з’єднувані елементи можна прикріпити до стійки чи іншої конструкції (якщо це настил). До недоліків відноситься: габарити з’єднання, ромбовидний отвір, який потрібно закривати, а також те, що дане з’єднання працює на розтяг або стиск в залежності від напрямку загинання кромок.

Другий варіант відрізняється тим, що кромки відгинаються та притискаються у протилежні сторони на лицьовій та тильній частині з’єднання рис. 4. (умовно позначимо Х-2). Дане з’єднання працює як на стиск, так і на розтяг незалежно від напрямку загинання кромок, за рахунок протилежного загинання кромок деталей з’єднання, але за рахунок такого загинання кромок, у залежності від характеру роботи (розтяг або стиск) працює одна або інша частина з’єднання відносно осі впоперек дії сили. Так як у з’єднанні працює лише